TRANSMISI LIFT KAPASITAS 10 ORANG KECEPATAN 1 METER/DETIK MAKALAH SEMINAR PERANCANGAN MESIN
Disusun oleh : ARIS MUNANDAR 210004028
JURUSAN TEKNIK MESIN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL YOGYAKARTA 2010
MAKALAH SEMINAR ELEMEN MESIN III TRANSMISI LIFT PENUMPANG KAPASITAS 10 ORANG KECEPATAN 1 METER /DETIK Diajukan sebagai salah satu syarat dalam menempuh mata kuliah Elemen Mesin III Disusun Oleh : Aris Munandar No. Mhs
: 210004028
No. Induk
: 047500
Program Studi : S1
Mengetahui,
Yogyakarta, Februari 2010
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Telah Diperiksa dan Disetujui
STTNAS Yogyakarta
Dosen Pembimbing
( Sutrisna ST. MT. )
( Aris Warsita ST. MT. )
2
ABSTRAK
Pesawat angkat angkut terbagi menjadi beberapa jenis, salah satu diantaranya adalah elevator atau lift. Bagian-bagian elevator terdiri atas kotak transmisi, sangkar, penyeimbang, puli, rel penuntun sangkar dan penyeimbang dan mesin penggerak. Transmisi elevator menggunakan transmisi roda gigi cacing yang memungkinkan perbandingan transmisi yang sangat besar dan cara kerjanya yang sangat halus. Pada perencanaan transmisi elevator ini didapatkan hasil transmisi yang digunakan menggunakan transmisi roda gigi cacing, bantalan yang digunakan adalah bantalan jenis rol kerucut yang mampu menahan beban aksial dan radial. Gear box dalam hal ini tidak direncanakan tetapi ukuran disesuaikan dengan gambar.
3
I.
PENDAHULUAN
Dewasa ini para pengelola gedung bertingkat, hotel, apartemen, pertokoan yang bertingkat banyak dilengkapi dengan fasilitas transportasi untuk naik dan turun dalam gedung sehingga memberikan kemudahan bagi pengunjung atau konsumen dalam melakukan aktivitasnya. Alat ini dapat berupa alat pengangkut dalam bentuk elevator atau lift. Elevator adalah suatu alat angkat angkut yang banyak dipakai dalam gedung bertingkat dan memerlukan tempat relatif sedikit dengan daya yang tidak besar besar sehingga biaya operasinya tidak mahal. Secara umum mekanisme kerja lift adalah sangkar ditarik oleh kabel baja yang di tambatkan pada sangkar dan ujung satunya terikat pada sebuah puli, dimana puli ini menggulung kabel sehingga sangkar akan bergerak sesuai dengan kebutuhan naik dan turun. Puli akan berhubungan dengan transmisi yang berfungsi untuk menurunkan putaran input dari motor listrik. Motor listrik sebagai penggerak awal putaran akan dapat menaikan torsi dan mampu mengangkat sangkar. Sistem transmisi yang digunakan adalah sistem transmisi roda gigi cacing. Penggunaan roda gigi cacing mempunyai beberapa keuntungan seperti umur penggunaan lebih lama, perbandingan reduksi sampai 1 : 100, tidak memerlukan tempat yang luas, operasi yang halus.
4
II.
DASAR TEORI
1. Tinjauan Umum A. Kontruksi Umum Kontruksi umum elevator berupa sangkar yang digerakkan naik turun di dalam lorong lift dengan bantuan kabel pengangkat dan gerak mula diperoleh dari motor penggerak. Putaran dari motor yang tinggi akan diteruskan oleh sebuah kopling untuk memutarkan poros gigi cacing. Kemudian putaran poros tersebut direduksi oleh roda gigi cacing. Adapun komponen rem berfungsi untuk menghentikan putaran poros sehingga tercipta berhentinya gerakan naik turun pada sangkar. Agar gerakan lift tidak goyang digunakan rel-rel penuntun yang diikat pada tembok lorong lift. Bobot penyeimbang digunakan untuk mengimbangi berat dari sangkar sehingga daya yang diperlukan untuk menggerakkan sangkar menjadi lebih kecil (N. Rudenko, 1996 ). B. Prinsip Kerja Prinsip kerja lift adalah pada saat motor listrik dijalankan, putaran poros dari motor listrik akan diteruskan ke poros roda gigi cacing oleh sebuah kopling. Putaran dari poros motor listrik akan direduksi menggunakan sebuah transmisi yaitu transmisi roda gigi cacing. Poros roda gigi cacing akan memutar roda gigi pasangannya. Puli dihubungkan satu sumbu dengan roda gigi cacing sehingga putaran dari roda gigi cacing akan diteruskan ke puli.
5
Mekanisme kerja dari elevator ditunjukkan pada Gambar 2.1 di bawah ini.
5
6
2 4
1
3
7
9
8
Gambar 2.1. Mekanisme kerja elevator Keterangan : 1. Motor listrik
6. Puli Penggerak
2. Kopling
7. Puli Penerus
3. Rem
8. Bobot Penyeimbang
4. Poros Gigi Cacing
9. Sangkar
5. Roda Gigi cacing
6
C. Bagian-bagian Utama Lift a. Mesin penggerak Mesin penggerak alat ini menggunakan motor listrik tiga phase yang putaranya diteruskan pada kotak transmisi yang terdiri dari transmisi roda gigi cacing. Dari transmisi roda gigi cacing digunakan untuk memutar puli dan dari putaran puli ini akan dipakai untuk mengangkat atau menurunkan sangkar dan counter weight (penyeimbang). b. Sistem puli Sistem
puli
menggunakan
sistem
majemuk,
dengan
pertimbangan bahwa beban yang akan dinaikan dalam arah vertikal dan dapat membawa dua kali lebih besar dari puli biasa. Maka hal ini bisa dimanfaatkan dengan menggunakan diameter tali baja yang lebih kecil. c. Tali baja Tali baja berfungsi untuk meneruskan gerakan dari putaran puli ke gerakan naik turun sangkar dan penyeimbangnya. Jumlah dan diameter tali baja ditentukan dari besarnya beban yang akan diangkat. d. Penyeimbang / Counter weight Penyeimbang atau Counter weight ini dimaksudkan untuk mengimbangi dari berat sangkar sehingga mesin tidak menahan beban yang tinggi. Pada umumnya berat penyeimbang sama dengan sangkar ditambah 40%-50% dari kapasitas maksimum elevator. Dengan demikian mesin akan mengangkat atau menaikan ½ dari beban maksimum yang diijinkan. Sebaliknya jika sangkar kosong maka mesin hanya mengangkat ½ dari beban maksimum yang terpasang pada penyeimbang.
7
e. Rel-rel penuntun counter weight. Rel ini terpasang pada lorong-lorong elevator dan berfungsi supaya counter weight / penyeimbang dapat berjalan pada tempatnya masing-masing. f. Sangkar Sangkar adalah suatu tempat yang digunakan untuk mengangkut penumpang atau barang. Sangkar dilengkapi dengan pintu yang digunakan untuk keluar masuknya penumpang atau barang . g. Rel-rel penuntun sangkar Rel ini hampir sama fungsinya dengan rel penuntun counter weight yang membedakan adalah bahan dan bentuk relnya. Rel ini juga terpasang pada lorong-lorong elevator dan disusun sedemikian rupa sehingga tidak ada tabrakan antara gerakan sangkar dan cuonter weight. D. Sistem Transmisi a. Roda Gigi Cacing Roda gigi cacing adalah suatu pasangan roda cacing dengan sebuah gigi cacing yang mempunyai ulir luar . Roda gigi cacing digunakan untuk poros yang saling berpotongan 90 o. Roda gigi cacing mampu untuk meneruskan putaran dengan perbandingan reduksi yang besar. Perbandingan angka reduksi bisa mencapai 1 : 100, tetapi arah putarannya tidak bisa dibalik untuk menaikkan putaran. Hal ini disebabkan karena putaran berasal dari roda cacing akan ditahan oleh poros cacing, inilah yang disebut “mengunci sendiri”. Pada roda gigi cacing selalu ada dua sampai empat gigi yang berkontak dengan serentak. Transmisi roda gigi cacing mampu menahan beban yang besar dengan menggunakan daya yang kecil.
8
Gambar 2.2. Roda gigi cacing Keterangan : a. b. c. d. e. f. g. h. i.
Diameter luar cacing Diameter jarak bagi cacing Diameter inti cacing Sudut kisar Jarak bagi Kisar Tinggi kaki Tinggi kepala Tinggi kaki
j. Jarak sumbu k. Diameter lingkaran kaki roda cacing l. Diameter jarak bagi dari roda cacing m. Diameter tengkorak roda cacing n. Diameter luar roda cacing o. Lebar roda cacing
b. Poros
9
Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari sebuah mesin. Poros berfungsi untuk mendukung atau menetapkan elemen mesin lainnya, seperti roda gigi, fly wheel, kopling dan lain-lain yang semuanya itu didukung atau ditempatkan di atas sebuah poros. c. Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya berlangsung dengan halus, aman dan berumur panjang. Bantalan yang dipakai pada transmisi mesin elevator adalah bantalan gelinding, karena untuk menahan poros saat berputar serta gaya pada saat roda gigi yang berkaitan berputar. Maka bantalan gelinding harus dibuat kuat dan kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya dapat bekerja dengan baik, apabila bantalan tidak bekerja dengan baik, maka prestasi seluruh sistem akan menurun. d. Pasak Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan roda gigi pada roda transmisi mesin. Pada mesin elevator dipasang pasak benam. Dalam penggunaan pasak umumnya kekuatan pasak dibuat lebih rendah dibanding dengan poros, sehingga jika terjadi tegangan yang berlebih maka pasak akan rusak terlebih dulu mengingat harga pasak cukup murah dan mudah menggantinya dibandingkan dengan porosnya.
10
III.
PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN
A. Perencanaan Pada perencanaan transmisi lift ini akan dibahas masalah : Kapasitas Beban Angkut, Motor Penggerak, Tali baja, Puli, Roda gigi cacing, Poros, Pasak, Bantalan serta Pelumasan dan Perawatannya. a. Beban kapasitas Kapasitas beban yang direncanakan adalah 10 orang dengan asumsi berat badan tiap orangnya sebesar 60kg. Berdasarkan hal tersebut maka dapat diketahui pula berat yang lain seperti :
Kapasitas ( Q )
Dimana kapasitas angkat untuk 10 Orang dengan berat perorangnya 60 kg adalah Q = Jumlah orang x berat tiap orang
Berat sangkar (Gsangkar)
Untuk ketentuan Q ≤ 1.000 kg, digunakan persamaan berikut : Gsangkar = 300 + 125 F dimana F merupakan luas lantai yang dapat dicari dengan cara mengalikan asumsi dimensi tiap orang dengan jumlah orangnya.
Berat total (Qtotal)
Qtotal = Gsangkar + Q
Berat pengimbang (Gcw)
Gcw = Gsangkar + 0,5 Q b. Motor penggerak Pemilihan dan perhitungan motor penggerak didasarkan pada spesifikasi lift yang akan dioperasikan, yaitu kapasitas angkut 10 orang dengan kecepatan 1m/detik. Dari data tersebut, maka pemilihan jenis motor listrik yang banyak beredar di pasaran, dapat dicari dengan persamaan berikut,
Persamaan tersebut menghasilkan daya ideal yang diperlukan lift pada kondisi normal. Untuk mengantisipasi adanya gangguan seperti tegangan listrik yang tidak stabil ataupun kondisi elemen 11
yang menurun karena faktor usia, maka perlu di antisipasi dengan penambahan 10% dari daya tersebut c. Tali baja Dalam
perencanaan
transmisi
lift,
tali
yang
digunakan
merupakan tali baja (steel wire rope), dimana tali baja adalah tali yang dikonstruksikan dari kumpulan jalinan serat-serat baja (steel wire). Keuntungan menggunakan tali baja dibandingkan dengan rantai adalah lebih ringan, lebih tahan terhadap sentakan, operasi yang tenang walaupun dalam kecepatan tinggi, lebih fleksibel. Tali yang digunakan adalah tali baja dengan type 6 × 37 = 222 + 1c. Perhitungan yang perlu diperhatikan dalam merencana tali adalah sebagai berikut :
Perbandingan Diameter Puli dan Diameter Tali D min d
Gaya Tarik Maksimum Sw =
Luas Penampang Tali Baja F(222)
S = b d 36.000 K D min
Diameter Kawat =
Qtotal n. . 1
4.F .i
Diameter Tali Baja d = 1,5 . .
i
12
Kekuatan Putus Tali Baja
P(222)
=
S .b b d 36.000 K D min
=F.
b
Tegangan Tarik Maksimum Yang Diijinkan Sb =
P K
Umur Tali N
Z a.Z 2. .
d. Puli Besarnya diameter puli dapat dihitung dengan persamaan : D e1 .e2 .d
e. Roda Gigi Cacing Rumus mencari dimensi roga gigi cacing adalah
Diameter kaki gigi cacing D f 1 0,6.a 0.85
Diameter lingkaran jarak bagi gigi cacing Dm1 D f 1 2,4.m
Diameter luar gigi cacing Dk 1 Dm1 2m
Diameter lingkaran jarak bagi Dm 2 2.a Dm1
Diameter tenggorok roda cacing Dk 2 Dm 2 2.m
Diameter luar roda cacing Da 2 Dm 2 3.m
Diameter kaki roda cacing D f 2 Dm 2 2,4.m
13
f. Poros Poros adalah suatu elemen mesin yang sangat memegang peranan yang sangat penting dalam mentransmisikan daya. Poros yang digunakan dalam perencanaan ini adalah poros transmisi yang didesain agar kuat menahan beban puntir dan beban lentur akibat daya yang diteruskan melalui roda gigi cacing. Diameter poros (Ds) 5,1 ( Km M ) 2 ( K t T ) 2 Ds1 a
1
3
g. Pasak Perencanaan ini menggunakan pasak. Pasak benam mempunyai bentuk penampang segi empat dengan ujung yang agak membulat dan dipilih bahan yang lebih lemah dari bahan poros, sehingga pasak akan lebih dahulu rusak dari pada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga pasak yang murah serta mudah menggantinya.
Gaya tangensial F
T Ds / 2
Tegangan geser yang terjadi k
F b.L
Tegangan geser yang diizinkan
ka
b Sf k1 . Sf k 2
h. Bantalan Pemilihan jenis bantalan disesuaikan dengan tabel standar ukuran yang telah ada yaitu bantalan gelinding. Poros roda gigi cacing dipilih bantalan bola mapan sendiri baris ganda yang fungsinya sangat baik untuk menahan beban serta umurnya yang cukup lama.
14
i. Pelumasan Pelumasan menggunakan sistim pelumasan celup yaitu dengan memasukkan 1/2 atau 1/3 bagian dari penampang gigi cacing ke dalam pelumas. Sehingga saat gigi cacing berputar minyak tersebut dapat terangkat oleh gigi cacing dan akan membasahi dan melumasi tiap bagian roda gigi cacing. B. Perhitungan Berikut data hasil perhitungan yang telah dilakukan pada perancangan transmisi lift ini : a. Kapasitas beban angkut Kapasitas (Q)
= 600 kg
Berat sangkar (Gsangkar)
= 612,5 kg
Berat total (Qtotal)
= 1212,5 kg
Berat penyeimbang (Gcw) = 912,5 kg b. Motor penggerak Daya motor ( N )
= 5,5 Hp = 4,1 KW
Putaran input (n1)
= 1440 rpm
Putaran output (n2)
= 70,7 rpm
Jenis Motor
= AC 3 fase
Efisiensi beban penuh
= 86 %
c. Tali Type
= 6x37 = 222+1c
Dmin/d
= 25
Gaya tarik maksimal tali (s)
= 650,5 kg
Luas penampang tali (F)
= 0,704 cm²
Diameter Kawat (δ)
= 0,63
Diameter Tali (d)
= 14,08 ≈ 15 mm
Jumlah Siklus Kerja rata-rata tiap bulan (a)
= 1000
Umur Tali (N)
= 114 bulan
15
d. Puli n
=2
h 25,0 mm
η
= 0,951
l 10 mm
D = 270 mm
r 8,5 mm
d
r1 4,0 mm
= 15 mm
a 40 mm
r 2 3,0 mm
b 30 mm
r 3 12 mm
c 7 mm
r 4 8 mm
e 1,0 mm
e. Transmisi Efisiensi Roda Gigi Cacing ( η )
= 84,02 %
Perbandingan transmisi ( i )
= 1 : 21
Diameter luar gigi cacing ( dk1)
= 61,17 mm
Diameter jarak bagi gigi cacing (dm1) = 50,67 mm Diameter kaki gigi cacing ( df1)
= 38,07 mm
Sudut kisar cacing ( γ )
= 11,7o
Panjang ulir gigi cacing ( b1 )
= 90 mm
Diameter luar roda cacing ( da2)
= 229,05 mm
Diameter tenggorok roda cacing ( dk2 ) = 223,8 mm Diameter jarak bagi roda cacing (dm2) = 213,3 mm Diameter kaki roda cacing ( df2)
= 200,7 mm
Jarak sumbu poros ( a )
= 132 mm
Lebar roda cacing ( b2 )
= 36,97 mm
Tinggi kepala gigi ( hk )
= 5,25 mm
Tinggi kaki gigi ( hf )
= 6,36 mm
Kelonggaran puncak ( c )
= 0,86 mm
Bahan gigi cacing
= Baja finis dingin (S35C-D)
Bahan roda cacing
= Perunggu tembaga timah (Cu-Sn-Bz)
16
f. Poros Bahan poros gigi cacing
= Baja finis dingin (S35C–D)
Diameter poros gigi cacing ( ds ) = 40 mm Defleksi puntiran (θ)
= 0,06 °/ m
Bahan poros Roda cacing
= Baja khrom nikel molibden (SNCM 1)
Diameter poros roda cacing (ds ) = 75 mm = 5,7 x 10-6 °/ m
Defleksi puntiran (θ) g. Pasak a) Pasak roda cacing Bahan pasak
= Baja karbon (S 30 C)
Panjang pasak ( L )
= 90 mm
Lebar pasak ( b )
= 22 mm
Tinggi pasak ( h )
= 14 mm
Kedalaman alur pasak pada poros ( t1 )
= 9 mm
Kedalaman alur pasak pada lubang ( t2 ) = 5,4 mm b) Pasak gigi cacing Bahan pasak
= Baja karbon (S 30 C)
Panjang pasak ( L
= 40 mm
Lebar pasak ( b )
= 12 mm
Tinggi pasak ( h )
= 8 mm
Kedalaman alur pasak pada poros ( t1 )
= 5 mm
Kedalaman alur pasak pada lubang ( t2 ) = 3,3 mm h. Bantalan a) Bantalan poros gigi cacing Jenis bantalan
= Bantalan gelinding
Nomor bantalan
= QB40
Diameter lubang ( d )
= 40 mm
Diameter luar ( D )
= 90 mm
Lebar bantalan ( T )
= 23 mm
Umur bantalan
= 13658,8 jam
17
b) Bantalan poros roda cacing Jenis bantalan
= Bantalan gelinding
Nomor bantalan
= 1315(k)
Diameter lubang ( d )
= 75 mm
Diameter luar ( D )
= 160 mm
Lebar bantalan ( T )
= 37 mm
Umur bantalan
= 7117,46 jam
18
IV. PERAWATAN Perawatan (maintenance) adalah suatu kegiatan yang ditujukan untuk menjaga atau memelihara fasilitas peralatan dan juga mengadakan perbaikan-perbaikan yang diperlukan agar proses produksi dapat berjalan dengan lancar dan memuaskan sesuai dengan yang direncanakan. Pada perawatan transmisi elevator, terdapat dua jenis maintenance yaitu : a.
Perawatan pencegahan / Preventive maintenance Yaitu perawatan yang dilakukan dengan tujuan utama untuk
menghindari terjadinya kerusakan dan menjaga kondisi mesin agar tetap dalam kondisi baik. b.
Perawatan berkala / Break down maintenance Yaitu memperbaiki kerusakan yang terjadi pada suatu mesin atau
peralatan. Kegiatan ini dilakukan sebagai kompensasi dari kegiatan preventive maintenance yang kurang berhasil. Pemeliharaan dan perbaikan transmisi elevator (lift) meliputi hal-hal sebagai berikut : a.
Cleaning Yaitu membersihkan bagian - bagian mekanisme transmisi dan
mengeluarkan kotoran-kotoran yang ada. b.
Over houl Yaitu pembongkaran secara menyeluruh dari suatu mesin atau
peralatan karena umur atau waktu bekerja dari mesin tersebut. didasarkan pada frekuensi penggunaannya. c.
Oiling Yaitu jenis pekerjaan pelumasan, sedangkan bahannya berupa oli atau
grease.
19
V. KESIMPULAN Dari uraian dan hasil perhitungan transmisi roda gigi cacing mesin elevator tersebut diatas, dimana perencanaan harus memenuhi persyaratan yang berlaku, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Transmisi yang direncanakan menggunakan roda gigi cacing dengan sudut tekanan pahat αo = 20°. 2. Dalam aplikasinya diameter poros tidak dibuat sesuai dengan diameter hasil perhitungan (diameter minimal) karena di atas poros akan ditempatkan elemen mesin lain seperti pasak bantalan dan lainlain, sehingga diameter poros harus dibuat dengan dimensi yang bertahap. 3. Pasak yang digunakan adalah pasak benam prismatis karena mampu meneruskan momen yang besar. 4. Bantalan untuk poros transmisi digunakan bantalan gelinding jenis bantalan bola radial alur dalam baris tunggal dan bantalan bola mapan sendiri baris ganda
20
DAFTAR PUSTAKA Neiman, Gustav, Machine Elements Design and Calculation in Mechanical Engineering, vol. I, New York: Heidelberg. O, Erik., Jones, Franklin D., Horton,Holbrook H., Ryffel, Henry H, Machinery’s Handbook, Edisi 26, New York : Industrial Press INC, 2000 Rudenko, N, Mesin Pemindah Bahan. Edisi 2, Jakarta: Erlangga, 1992. Shigley, Joseph E., Larry D. Mitchell Perencanaan Teknik Mesin, Edisi 4, Jakarta: Erlangga. Stolk, Jac, C.Kros, Elemen mesin Element Kontuksi Bangunan Mesin, edisi 2, Jakarta: Erlangga, 1994. Sularso, Kyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Eleman Mesin, cetakan 9, Jakarta: PT. Pradnya Paramita, 1997. Sato, G. Takeshi, Menggambar Mesin Menurut Standar ISO. Cetakan 7, Jakarta: PT Pradnya Paramita, 1996.
